核聚变百亿美元豪赌

　　在位于法国南部的卡达拉什（CADARACHI），7月13日，国际热核聚变实验堆项目（英文简称ITER）六位副总干事人选正式确定。经历了漫长的准备之后，这个耗资百亿美元的大科学工程大幕，正在徐徐拉开。
　　“我们希望中国参与的国际热核聚变实验堆项目，能够在2007年初正式开工。”科技部高技术中心、ITER中国办公室副主任罗德龙近日对记者表示。
　　所谓ITER项目，是一个旨在验证和平利用核聚变技术可行性的大型国际科学工程，目前由欧盟、中国、日本、美国、俄罗斯、韩国、印度七方共同参与。此前，项目总干事已确定由日本人池田要担任。
　　
从核裂变到核聚变
　　在过去半个多世纪中，人类探索和平利用核聚变的道路漫长而又曲折。
　　公众对核能并不陌生。自1991年12月秦山核电站正式并网发电以来，中国已经建成及在建的核电机组已达11台。在全球范围内，根据国际原子能机构的统计，仅已经建成的核电机组就已经达到了441台，承担着全球超过17％的电力供应。
　　传统的核电站，其发电机理是核裂变反应，即类似铀、钚这些比较重的原子核，裂变成较轻的原子核并且释放出能量；核聚变则是反其道而行之，它通过将氘、氚（都是氢的同位素）等较轻的原子核，聚合成较重的原子核并释放出巨大能量。
　　传统的核电站有着致命的缺陷，其燃料——不管铀还是钚——都有很强的放射性。1986年切尔诺贝利核电站泄漏事故，导致直接或间接死亡人数超过4000人。此外，废料的处理至今未有良策。铀矿石燃料在全球的储量也十分有限，以中国为例，按照目前推算，自有铀资源仅可以供40座百万千瓦的核电站运行50年左右。
　　相比之下，核聚变优点多多。不仅原料不具放射性，其燃料来源更可以用“近乎无穷无尽”来形容。以最容易发生的氘氚聚变反应为例。氘在海水中储量极为丰富，每升海水中可提取的氘，如果完全聚变反应产生的能量，相当于整整300升汽油。氚可以利用锂在反应堆中生成，而锂是地球上储量最为丰富的资源之一。
　　实际上，在宇宙中，这种聚变反应每时每刻都在发生。距离我们最近的就是太阳。科学家相信，核聚变为星系中的亿万颗恒星提供了巨大的能量来源。
　　但是，把这种科幻般的想法真正付诸实现，其困难程度远远超出了科学界最初的预计。自从20世纪50年代以来，科学家一直在努力，但迄今仍未能取得决定性的进展。最大的难题在于，核裂变反应在室温状态下就可以进行，但核聚变——哪怕最容易的氘氚反应，也需要1亿度的高温才能发生。要知道，太阳表面的温度也才只有1000万度左右。
　　这样高的温度，任何材料都注定无法承受。直到20世纪70年代，前苏联科学家提出了“托卡马克”的概念，使得这一难题初露曙光。那就是利用环形封闭磁场组成的“磁笼”，把这些灼热的处于等离子状态的燃料约束起来。
　　20世纪90年代中期，英国的一个大型托卡马克实验，实现了1.6万千瓦的聚变功率，这是一个很大的突破。虽然反应产生的能量仍然远小于启动所需要的能量，但从理论上以及实验上，人类终于看到了核聚变实现的曙光。其中最为关键的步骤，则是ITER计划。
　　尽管还不能用于真正的发电，ITER计划雄心勃勃的目标，是实现聚变反应产生的能量超过消耗的能量，并且能够稳态运行，从而为最终的商用示范反应堆的建设扫清关键性的技术障碍。

中国加入
　　反对者曾经把ITER计划比喻为冷战时代的“最后遗产”；但更多人宁愿认为，这是一场时间和资金消耗巨大的赌博——如果失败，输掉的将是无数天才的头脑，以及以百亿美元计的资金；如果成功，则将为人类解决能源恐慌提供了一个梦幻般的前景。
　　1985年，在瑞士日内瓦举行的峰会上，前苏联领导人戈尔巴乔夫、时任美国总统的里根正式提议，由美、苏、欧、日联合启动ITER计划。
　　1996年，四方终于制订出首个ITER设计方案。但是，高达100亿美元（1992年价）的预算，足以让人望而生畏。1998年，美国宣布退出。修改设计、最大程度地减轻经济上的压力，已经不可避免；20世纪90年代中期理论以及实验上的进展，也使得重新设计从技术上成为可能。
　　2001年，由ITER技术总部主持的新设计终于完成——预算从最初的100亿美元下降到50亿美元（1998年价），预计建造期为八年到十年，之后将运行20年。此后，欧盟、俄罗斯以及日本在独立审查之后，都基本上认同了这一方案。
　　但资金压力仍然存在。在美国退出之后，2002年初，其余三方均向中国伸出了“橄榄枝”。ITER中国首席科学家、中国科学院院士、郑州大学教授霍裕平说，同年7月，在科技部牵头下，中国正式组织了一个五人专家组，对中国是否应该加入ITER进行评估。四个月后，评审专家组得出一致意见——中国应参与这一浩大工程的谈判进程。
　　然而，从一开始，中国科学界内部就充斥着激烈的争论。据知情人士透露，以中国科学院数学物理学部为主的40多名院士更直接上书中央，反对中国加入ITER，主要理由是经费问题。因为如果中国加入的话，要承担10％的费用，按照目前的价格计算，意味着超过10亿美元——对于中国科学界而言，这不啻是一个天文数字。
　　“有这笔钱，我们还不如独立搞一些更紧迫的东西，比如加速器什么的。”一位不愿透露姓名的中国科学院院士说。
　　技术上的不确定性也是一个重要因素。中国科学院院士、理论物理研究所研究员何祚庥曾对记者表示，实现核聚变，乐观地说需要50年——也许100年也说不定。“即便可以实现，其发电成本起码也是目前核电站的10倍以上。”他补充说。
　　但赞成者认为，在过去十年中，理论上的不确定性已逐步消除，ITER计划已经有了相对可以依赖的科学基础。中国科学技术大学近代物理系教授、核聚变与等离子体物理学会常务理事俞昌旋对记者说：“以前我们想参加，但没有机会。中国作为核大国，当然要参加ITER。”

选址争夺战
　　2003年1月5日，中国政府正式批准加入ITER计划谈判进程。就在这个月底，美国也在退出五年之后宣布重返ITER。 至此，ITER计划重见生机。
　　分析人士指出，中国宣布加入的时机显然恰到好处。因为核聚变涉及一些敏感的技术，一旦美国率先重返ITER，中国再申请加入很可能会横生枝节。之后，2005年，韩国正式宣布加入ITER协商，大格局已经初步形成。
　　然而，围绕着ITER选址进行的“割喉战”，在2005年也因为临近“收官”阶段而更趋白热化。
　　此时，两大阵营对峙的意味已经相当明显：美国、日本、韩国支持把ITER放在日本青森县的六所村，欧盟、俄罗斯、中国则力主法国卡达拉什方案。
　　从技术上讲，六所村的优势在于靠近港口，海上运输方便。但它地处日本北部高纬度地区，每年有好几个月冰雪覆盖，影响陆上交通。更为重要的是，六所村位于地震多发地带，存在安全隐患。
　　当然，在这场选址争夺战中，技术也许并非最重要的环节，政治筹码才是最后的“武器”。争夺最激烈的时候，法国人一度声称，如果选址日本，将考虑退出“单干”。美国代表也曾私下里暗示，不选址日本，则考虑再次退出ITER。
　　据悉，法国总统希拉克曾表示希望中国支持法国选址；美国总统布什更致电韩国总统卢武铉，希望其支持日本方案，尽管韩国民众的反日情绪相当浓厚。
　　到了2005年6月，日本终于妥协，同意了法国的选址方案。法国及欧盟也付出了巨大的代价：他们将承担ITER计划50％的费用，中国、日本、美国、俄罗斯以及韩国分别负担10％的费用。
　　欧盟还承诺，在其承担的50％费用中，10％的器件外包给日本加工；此外，ITER计划的首任总干事也由日本人担任。欧盟还同意将下一代商用示范堆建在日本，以及愿意为日本可能开建的用于相关研究的加速器或者超导托卡马克支付一半的费用等。
　　僵局得以打破，ITER又跨越了一道重要的关隘。2006年5月，就在ITER项目正式签署的前夕，印度火线加入，成为ITER最后一个——也是第七个成员。

中国可以得到什么
　　尽管如此，围绕着ITER的种种争议至今仍未平息。
　　以绿色和平组织为首的国际性环保组织，一直是ITER坚定的批评者之一。他们认为，政府与其把钱投入到这种看不到确定希望的项目，不如用来发展风能等可再生能源。科学界的悲观论者则讽刺说，“30年前，就说30年内核聚变能够商用；现在，仍然是说30年。”
　　2006年3月10日，美国权威杂志《科学》在“政策论衡”栏目中发表已故核科学家威廉姆帕金斯（William E Parkins）的文章，称核聚变能也许永远不会到来，这“更多地是因为工程上的原因，而不是基本理论上的原因”。
　　他指出，由于对材料近乎不可能达到的严苛要求，即使可以商用，其每千瓦装机容量的造价也将高达1.5万美元，这几乎相当于目前最昂贵的传统核电机组的造价的10倍以上。
　　但是，赞成者并不认同这种在他们看来过于简单的“外推法”。
　　霍裕平对记者强调，根本不可能按照目前ITER的造价来估算将来商用聚变电站的实际造价，“就像不能用法拉第时代的小电站价格，来估算现在的大型电站一样”。因为技术在不断进步，三四十年后，系统肯定会大为简化，而且电站的规模也是现在无法相比的。
　　在霍裕平看来，任何科学探索都有风险，但“中国花进口一个传统核电站设备的钱投入到ITER中去，绝对是值得的”。他认为，中国的煤炭、石油等传统矿石资源走向枯竭的势头将不可逆转，风能、太阳能缺乏稳定性，一旦核聚变能够投入商用，其前景不可估量。“在这样的情况下，我们怎么能不早做准备？”
　　据悉，中国需承担的9％的费用中（印度加入后从10％下降到9％），70％将由中国制造的ITER部件来支付；其余10％则由中方派出人员折算。实际上，中国真正需要支付外汇的仅是9％中的20％。再考虑到ITER的整个建设周期长达十年，这样一笔费用并没有显得过于“奢侈”。
　　另一种担心是，ITER是否会变成一个国际性“钓鱼工程”？对此，霍裕平谨慎地表示，目前来看，部分超预算的可能性不能完全排除，但时间和资金大规模超支的可能性不大，因为设计方案已经做了充分的考虑。而且在印度参与之后，其它六方相应节省出来的费用，也拟用于建立一个专门的预备性基金，以应对这种可能。
　　在资金之外的另一重考虑是：中国参与这个有史以来最为昂贵的大科学工程，到底能够学到什么？
　　这种担心也许并非多余。中国国内的相关研究从上世纪60年代起步，尽管在发展中国家中国的核聚变能力最强，但整体水平与美国、欧盟以及日本等相比，仍然有不小的差距。专家认为，中国参加此项目，通过竞争选拔最优秀的人才，以一种真正开放的体制介入进去，发挥ITER的辐射作用，中国才能从中获益良多。
　　参与ITER计划，并非中国核聚变研究的全部；这只是重要一步，但远非最后一步。■